Des chercheurs de l'EPFL ont développé une technologie de haute précision qui leur permet de sculpter des motifs nanométriques dans des matériaux bidimensionnels.

Avec leur nanotechnologie pionnière, Les chercheurs de l'EPFL ont réussi l'impossible. Ils peuvent maintenant utiliser la chaleur pour rompre les liens entre les atomes avec un scalpel miniature. "Il est extrêmement difficile de structurer des matériaux 2D en utilisant la lithographie conventionnelle, qui emploie souvent des produits chimiques agressifs ou accélérés, particules chargées électriquement, comme les électrons ou les ions, pouvant endommager les propriétés du matériau, " dit Xia Liu, chercheur et post-doctorant au Laboratoire de microsystèmes de l'École d'ingénieurs. "Notre technique, cependant, utilise une "source" de chaleur et de pression localisée pour découper avec précision les matériaux 2D."

"Notre technologie s'apparente à l'art du découpage du papier, ce qui est commun dans cette région de la Suisse, mais à plus petite échelle, " explique Ana Condé Rubio, co-auteur de l'étude. « Nous utilisons la chaleur pour modifier le substrat et le rendre plus souple et, dans certains cas, même le transformer en gaz. Nous pouvons alors graver plus facilement dans le matériau 2D."

Une pointe pointue

Xia Liu, Samuel Howell, Ana Condé Rubio, Giovanni Boero et Jürgen Brugger ont utilisé le ditellurure de molybdène (MoTe 2 ), un matériau 2D similaire au graphène. C'est moins d'un nanomètre - ou trois couches d'atomes - d'épaisseur. Le MoTe 2 est placé sur un polymère qui réagit aux changements de température. "Lorsque le polymère est exposé à la chaleur, il sublime, ce qui signifie qu'il passe d'un état solide à un état gazeux, " explique Liu.

Les chercheurs de l'Institut de micro-ingénierie ont utilisé une nouvelle technique de structuration à l'échelle nanométrique appelée lithographie par sonde à balayage thermique (t-SPL), qui fonctionne de la même manière qu'un microscope à force atomique. Ils chauffent une pointe acérée de taille nanométrique à plus de 180°C, mettez-le en contact avec le matériau 2-D et appliquez un peu de force. Cela provoque la sublimation du polymère. Une fine couche de MoTe2 se détache alors sans endommager le reste du matériau.

Composants petits et plus efficaces

Les chercheurs pourront utiliser cette technologie pour sculpter des motifs extrêmement précis dans des matériaux 2D. "Nous utilisons un système informatisé pour contrôler le processus de chauffage et de refroidissement ultra-rapide et la position de la pointe, " explique Samuel Howell, un autre co-auteur. "Cela nous permet de faire des retraits prédéfinis pour créer, par exemple, les nanorubans qui sont utilisés dans les dispositifs nanoélectroniques."

Mais qu'y a-t-il de si utile à travailler à si petite échelle ? "Beaucoup de matériaux 2D sont des semi-conducteurs et peuvent être intégrés dans des appareils électroniques, " dit Liu. " Cette technologie générique sera très utile en nanoélectronique, nanophotonique et nanobiotechnologie, car cela aidera à rendre les composants électroniques plus petits et plus efficaces."

Améliorer la précision

La prochaine phase de la recherche se concentrera sur l'examen d'une gamme plus large de matériaux et la recherche de combinaisons qui fonctionneront dans des nanosystèmes intégrés. Les activités futures revisiteront également la conception du cantilever et de la nanopointe pour améliorer les performances de nano-coupe.

Plus généralement, les scientifiques du Laboratoire de microsystèmes cherchent à développer une nouvelle génération de techniques de fabrication de microsystèmes flexibles. « Les systèmes microélectromécaniques à base de polymères (MEMS) ont de nombreuses applications électroniques et biomédicales potentielles, " explique le professeur Jürgen Brugger. " Mais nous n'en sommes encore qu'aux premiers stades du développement de techniques de conception de polymères fonctionnels dans des microsystèmes 3D. " Brugger espère repousser les limites et trouver de nouveaux matériaux et procédés pour les MEMS en se concentrant sur le pochoir , le processus d'impression, l'auto-assemblage dirigé de nanomatériaux, et traitement thermique localisé.